基于水工混凝土材料及修復利用

劉忠良

（河北省水利工程局，石家莊 050021）

1 概述

我國在土石壩病險水庫加固及維修處理中，水工材料的研制和開發(fā)也日益加快。由于水利、交通、建筑等行業(yè)的不同，各種工程建筑施工要求也不同，特別是對具有造價低、原材料易得、毒性小、施工方便等優(yōu)點的工程材料，已成為大多數(shù)工程治理的首選材料。

2 常用工程材料

2.1 水泥類灌漿材料

水泥類灌漿材料，發(fā)展較早，是應用廣泛的一種灌漿材料。用于地基與結構加固、防滲堵漏等。河北省邱莊水庫由于壩前鋪蓋地基過渡層不好，水平防滲失效后，改由垂直防滲加固，取得了較好的防滲效果。

2.2 黏土類灌漿材料

黏土固化漿液是一種良好的堵水固結材料，具有成本低、抗?jié)B透性好、抗水稀釋性強及流變性能好等優(yōu)點。主要用于地下水流速高、溶洞大的條件下注漿；水庫帷幕注漿堵水；各種空洞的充填等。

2.3 超細水泥灌漿材料

超細水泥材料的比表面積在600m2/kg以上，粒徑5μm以下，具有可灌漿性高、結石體強度高、收縮少、耐久性及抗?jié)B性能好等優(yōu)點。由于造價高，主要用于水利工程大中壩壩體及壩基裂縫灌漿及水庫帷幕灌漿、地下空洞工程的裂縫等。

2.4 塑性混凝土

塑性混凝土是采用黏土或膨潤土等摻合料取代普通混凝土中一部分水泥而形成的混凝土，其優(yōu)點是通過改變摻合料摻入量及水膠比，可使其彈性模量與土體接近，克服普通混凝土不適應土體變形，同時還具有良好的防滲性。目前廣泛應用于土石壩和提防的防滲強體中。

3 常用的防水涂料

3.1 YJ-302膠劑和高標號水泥配制封填材料

可在混凝土表面作防護涂料，封閉表面的空隙，以達到防護鋼筋混凝土的效果。在水工建筑大壩樞紐除險加固時，采用YJ-302膠劑和高標號水泥配制封填材料、彈性高分子水泥防水涂料及普通膠劑與高標號水泥配制封填材料，用于混凝土表面涂層保護。

3.2 彈性高分子水泥防水涂料

彈性高分子材料是一種新型防碳化材料，由高聚物、特種水泥及輔助及采用特殊工藝配制而成。這種材料既有無機物的物理性能又有橡膠類材料良好的彈性變形性能，是有防水、抗烈、耐腐蝕、耐高低溫、黏結力強等優(yōu)點。用作界面處理劑，比普通的水泥砂漿的黏強度提高了5～8倍，材料拉伸強度2.3MPa，材料黏結力1.6MPa，凍融循環(huán)200次水泥層不剝落，無裂紋。

3.3 防碳化涂層

混凝土在施工中，大多暴露在各種大氣環(huán)境中，故以二氧化碳對混凝土的侵蝕最常見。

防碳化涂層一般采用氯化橡膠、聚氨酯樹脂或者丙烯酸乳涂料。主要用于防止二氧化碳和氧氣對混凝土的滲透，同時也限制或避免氯化物溶液的侵入。

3.4 環(huán)氧涂層材料

環(huán)氧涂層材料常用來封堵局部混凝土裂縫，以避免水分和二氧化碳的侵入。這種涂層具有一定的伸縮性，能封堵表面裂縫。目前這種材料已應用到沿海混凝土結構裂縫，另外也用來保護玻璃增強混凝土，因為玻璃增強混凝土特別容易產生發(fā)絲裂縫，導致凍融破壞。

3.5 硅烷

硅烷是低分子量的硅化合物，用來作為新建混凝土結構的水性浸漬材料。硅烷浸漬到混凝土空隙中，浸漬后混凝土表面可以阻止低壓水分的侵入及減輕二氧化碳氣體的侵蝕。目前硅烷已被成功地應用在較多的結構工程中，以阻止外界水分對混凝土細微裂縫的侵入。

3.6 硅氧烷

硅氧烷也是硅質浸漬材料。由于其分子量大于硅烷，雖然浸漬效果較差，但材料便宜，主要用于浸漬阻力較小的表面風化脫皮的老混凝土結構。由于硅烷和硅氧烷都具有憎水性，導致二氧化碳和其他氣體對混凝土的滲透增加。因此硅烷或硅氧烷浸漬涂層不宜用于防碳化涂層。

3.7 混凝土管及涵洞涂層

混凝土管除了受到外界污染空氣的侵蝕外，內壁還受酸性水的侵蝕，一般情況下，沼澤地下水含有可溶性有機酸（腐殖酸）和一定量的硫酸、亞硫酸。由于水在混凝土管內不停的流動，因此混凝土管內部不斷受酸性水的侵蝕，對于這種情況，一般是在易受破壞的底部1/3處采用堅固性良好抗水性強的較厚的瀝青環(huán)氧涂層加以保護。

3.8 土工膜袋

土工膜袋是化纖合成材料制成的袋狀產品。目前應用防護工程，具有良好的柔性、可灌袋性、整體性等優(yōu)點。

3.9 混凝土表面處理后涂層

當混凝土表面處理后在選擇材料時，應當考慮混凝土表面溫度與相對濕度。

3.9.1 表面溫度

由于混凝土表面難以加強，加之許多涂料特別是使用環(huán)氧樹脂基的涂料時，在低表面溫度下固化非常慢，所以，混凝土表面溫度不能低于50℃，當使用聚氨酯和乙烯涂料時，對溫度要求不高，可在較低溫度下使用。

3.9.2 相對濕度

相對濕度是非常重要的。

（1）許多涂層材料在應用中受濕度影響，如一些潮濕養(yǎng)護的聚氨酯涂料在較高的相對濕度條件下會爆發(fā)。

（2）水乳液型涂層在較高的相對濕度條件下，由于水分不能充分蒸發(fā)，而不能正常固化。

此外，“露點”是不應忽略的因素，在一定空氣溫度和相對濕度的情況下，“露點”代表空氣中水蒸汽開始冷凝的表面溫度。當混凝土表面溫度低于露點時，不宜施工涂層，因混凝土表面或內部的潮濕水汽將會影響涂層的黏結力。當混凝土表面溫度高于露點時，問題不大，但如果用潮濕的熱空氣流接觸溫度較低的混凝土表面，則情況會更糟，因混凝土具有較高的熱容量，采用這種方法不可能對混凝土整體加熱，所以有效方法是采用干燥空氣對流，以保持混凝土表面溫度高于露點。

3.9.3 綠化混凝土

綠化混凝土亦稱生態(tài)混凝土，是能夠適應植物生長，可進行植被作業(yè)的混凝土。這種混凝土由碎石、水泥作為原材料，按特定的配比兌水拌和，用振動壓力成型，然后在空隙內充填植物生長所需的材料，并在混凝土塊體表面種植植被，最終植被根系穿入混凝土塊體下面的土體中。

綠化混凝土生態(tài)護坡具有恢復和保護環(huán)境、改善生態(tài)條件、保持原有防護作用。此技術起源于日本，國外發(fā)達國家這種生態(tài)護坡已成功用于土木防砌防護工程。

4 混凝土保護處理措施

對混凝土病害產生的原因，處理需采取補強加固方法，增強閘底板整體強度，以解決工程存在問題。

4.1 表層增厚法

將破損或裂縫的混凝土表層鑿除，一般要鑿到鋼筋，在原鋼筋上隔一定間距加焊吊筋，或在原混凝土上鉆孔埋設鋼筋，在吊筋或錨筋上綁扎鋼筋層，再澆筑10～20cm的混凝土加厚層。如果底板裂縫已達到50cm，裂縫較深，在加厚層施工之前應對裂縫進行灌漿處理。

4.2 黏貼鋼板或玻璃鋼法

為了防止鋼筋銹蝕體積膨脹，有效控制混凝土進一步開裂、脫落，可采用黏貼鋼板或玻璃鋼法。

5 鋼筋修復

阻銹劑可通過物理或化學吸附、排除水分子和氯離子，牢固吸附在鋼筋表面，同時在鋼筋表面的定向排布形成疏松水層，這層吸附膜成為金屬離子、腐蝕介質，阻止水分子和氧向金屬表面滲透，從而起到阻銹效果。

新阻銹劑為：表面型遷移性阻銹劑MuCis mia200、內摻型遷移性阻銹劑MuCis ad19L/D、泰美涂保護涂料AC100、混凝土加強防水劑82W/P、鋼結構阻銹劑TC10VAP、鋼筋保護劑MSP、修補砂漿MuCis BS 39。

6 抗海水電化學侵蝕混凝土

在北方沿海地區(qū)，混凝土不僅遭受海水中氯離子的侵蝕，造成鋼筋銹蝕，在寒冷低溫的冬季，還要遭受凍融破壞，造成混凝土的開裂破損，使海水中的氯離子更加容易侵入，加劇了混凝土結構的破壞，縮短了其使用壽命。電化學侵蝕混凝土，利用礦物廢料，節(jié)能環(huán)保，原材料價格低廉，具有優(yōu)越的抗海水侵蝕性能，抗氯離子滲透性能，抗凍性能，耐久性等，與含硅灰混凝土相比，礦渣微粉、粉煤灰材料方便易取，價格低廉，對水泥混凝土的改善效果顯著。目前已在北排河閘取得了較好應用。

7 結語

對混凝土腐蝕選用的材料進行了論述，研究了阻止混凝土腐蝕措施和防治鋼筋生銹的阻銹劑產品，隨著這些產品的推廣和防止鋼筋混凝土構件腐蝕措施的應用，必將有效延長工程使用壽命，節(jié)省工程維修養(yǎng)護費用。